Hydroécol. Appl. (2006) Tome 15, pp. 19–41© EDP Sciences, 2006DOI: 10.1051/hydro:2006005

Le cadmium dans le Lot et la Garonne :sources et transport

Cadmium in the Lot and Garonne rivers:sources and transport

Gérard Blanc, Jörg Schäfer, Stéphane Audry, Cécile Bossy,Gilbert Lavaux, Jean Pierre LissaldeÉquipe « Traceurs Géochimiques et Minéralogiques (TGM) », UMR CNRS 5805 EPOC, UniversitéBordeaux 1, Avenue des Facultés, 33405 Talence Cedex, Franceg.blanc@epoc.u-bordeaux1.fr

Résumé – La détermination précise des flux de Cd dissous et particulaire du Lot et de laGaronne impose la mise en place d’une stratégie d’échantillonnage spécifique. La fiabi-lité des méthodologies que nous employons a été vérifiée. Nous avons notamment montréque l’échantillonnage des MES par centrifugation de grands volumes d’eau (1000 L) est laméthode la plus adaptée pour calculer des flux, mais aussi pour accéder à la spéciation àl’état solide. Des mesures journalières de débits et de concentrations en MES combinéesà des analyses de Cd dissous et particulaire permettent de proposer un bilan de masse deCd pour le système fluviatile du Lot et de la Garonne. Ce bilan montre que 70-80 % du Cdtransporté en aval par la Garonne (La Réole) provient du Lot dont la majorité (∼75 %) pro-vient du bassin de Decazeville via la rivière Riou-Mort. Ce bilan montre également que lessédiments pollués en Cd et accumulés derrière les barrages hydroélectriques constituentune source secondaire en Cd dont la mobilisation dépend des variations hydrologiques,mais aussi des aménagements anthropiques. En considérant l’ensemble des apports flu-viaux en Cd, nous estimons que 60-75 % du Cd apporté à l’estuaire de la Gironde estd’origine anthropique. Sur la base des données existantes, validées entre 1994 et 2000,les flux journaliers de Cd dissous ont été recalculés pour le Lot, et des relations caracté-ristiques entre flux de matières et débits ont été établies. Ainsi nous proposons un modèleprédictif empirique permettant une bonne estimation des flux de Cd dissous et particulaireà partir des seules données de débit. La comparaison de nos données de flux bruts avecles quelques données disponibles de flux nets (e.g. apports à l’océan) de Cd dissous sug-gère que plus de 50 % du Cd particulaire passent sous forme dissoute pendant les annéeshumides (94 et 96) et que les flux de Cd dissous nets sont supérieurs aux flux totaux brutspendant les années sèches (91 et 97). Ceci suggère que la réactivité estuarienne girondinelibère progressivement sous forme dissoute, la quasi totalité du Cd apporté majoritairementsous forme particulaire par le fleuve.

Mots clés – Cadmium, Flux, Sources, Rivières, Aquitaine, France

Abstract – In the Lot and Garonne Rivers, the precise determination of the dissolved andparticulate Cd fluxes lead us to develop a specific sampling strategy with adapted sampling

Article published by EDF and available at http://www.hydroecologie.org or http://dx.doi.org/10.1051/hydro:2006005

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and analytical methods. This study proves that pumping/centrifugation is the most appropi-ate sampling/separation technique (recovery, representativity, contamination) for the deter-mination of the metallic fluxes. Daily data of water discharge and total suspended sedimentcontent (TSS) were combined together with high frequency analyses of heavy metal con-tents. That allows us to propose a Cd budget for the fluvial system of the Lot and GaronneRivers. This budget shows that 70-80% of the Cd transported by the dowstream Garonne(La Réole) is supplied by the Lot River that derive the major part of Cd (75%) from theDecazeville basin via the Riou-Mort River. This budget also shows that the dam lake sed-iments represent a secondary source for Cd. The mobilisation of this sediment enrichedin Cd is relative to the hydrologic changes and also river bed dredging. With regard tothe whole fluvial Cd input into the Gironde estuary, we estimate that 60-75% are due topollution. With the data obtained between 1994 and 2000, the daily dissolved Cd fluxeswere determined for the Lot River and characteritic relationships between fluxes and dis-charges were established. This allows us to propose an empiric preditive model giving agood estimation of the annual dissolved and particulate Cd fluxes without performing metalanalyses. Comparison of gross fluvial input of Cd and net fluxes of dissolved Cd leaving theGironde suggests that more than 50% of particulate Cd is solubilized during the wet years(94 and 96) and the net fluxes of dissolved Cd exceed the fluvial gross inputs (total Cd)during the dry year (91 and 97). This suggests that the long-term estuarine reactivity leadto a progressive solubilisation (addition) of almost all particulate Cd derived from the rivers.

Key words – Cadmium, Fluxes, Sources, Rivers, Aquitaine, France

1 INTRODUCTION

Les éléments métalliques en tracesont actifs sur les écosystèmes à l’étatélémentaire et doivent être considéréscomme des polluants indestructibles.La compréhension du transfert, de l’ac-cumulation et du devenir des métauxd’origine anthropique dans les réser-voirs géologiques est et sera de plusen plus nécessaire pour évaluer lesrisques pour les écosystèmes et lasanté humaine.

À la surface de la terre, les élémentsmétalliques en trace sont échan-gés entre les réservoirs (atmosphère,hydrosphère, biosphère, sédiments, li-thosphère) par l’intermédiaire de pro-cessus naturels contrôlés par lesinteractions entre les solutions ga-zeuses, solides et liquides qui inter-viennent dans le cycle hydrologique(Fergusson, 1990). L’eau en contact

avec de nombreux matériaux géolo-giques réactifs et les systèmes bio-logiques est le vecteur essentiel deséchanges entre les compartiments(Bricker and Jones, 1995). Les ac-tivités humaines ont largement per-turbé le cycle bio-géochimique glo-bal des éléments métalliques en trace.Les principales sources de métauxrésultant de l’activité humaine sontl’exploitation de minerais et leur trai-tement ultérieur (extraction électrochi-mique ou par fusion, combustion, etc.).De plus, les métaux trouvent de mul-tiples applications industrielles et agri-coles parmi lesquelles la fabricationde batteries, de pigments et peintures,des engrais ou compléments nutrition-nels pour l’agriculture, des pesticides,des produits pharmaceutiques, médi-caux ou cosmétiques, des combus-tibles, etc. Des estimations montrentque ces apports anthropogéniques

Le cadmium dans le Lot et la Garonne : sources et transport 21

représentent respectivement 35 et85 % des flux globaux de Cd et Zn(Juste et al., 1995). Le continuumrivière, estuaire et zone côtière estun important écosystème à l’interfacecontinent-océan. Dans de nombreuxcas, les eaux continentales subissentune pollution anthropogénique impor-tante qui augmente les risques po-tentiels de pollution des eaux océa-niques côtières dont les ressourcessont intensivement exploitées pour laproduction de nourriture. Les estuairessont, du point du vue des phéno-mènes de concentration dans la chainealimentaire, particulièrement sensiblesaux activités humaines (Dryssen etWedborg, 1980 ; Martin et Whitfield,1983). Ainsi, pour comprendre et quan-tifier l’impact des activités humainessur le cycle bio-géochimique des élé-ments métalliques en trace au sein debassins versants et donc l’ampleur despollutions engendrées, il faut être ca-pable de procéder à l’identification etla quantification des valeurs de réfé-rence, des sources et des flux deséléments métalliques en trace dansles écosystèmes naturels. Il faut éga-lement améliorer notre connaissancedes formes chimiques impliquées dansles processus bio-géochimiques deremobilisation et déterminant la bio-disponibilité des contaminants métal-liques. C’est dans ce but que le sys-tème fluvial et estuarien de la Girondeest étudié.

La Gironde est le système estuarienle plus vaste de la façade atlantiqueeuropéenne. Ce système macrotidal aun fonctionnement proche d’un état deréférence naturel, comme en témoignela présence d’un ensemble de pois-sons migrateurs unique en Europe.Toutefois, cette interface continent-

océan est une zone vulnérable, sousla menace notamment d’une pollutionmétallique ayant des conséquencessur le biota notable avec des retom-bées économiques importantes. Bienque le Bassin d’Aquitaine soit unedes régions les moins industrialiséesde France, le système fluviatile Lot-Garonne-Gironde (Fig. 1) peut êtreconsidéré comme un excellent modèlede pollution de métaux non-ferreux telque Cd, Zn, Ba, As (Roux et Simonet,1987).

Le cadmium (Cd), qui a une fortetoxicité pour le biota, est considérécomme le polluant métallique ma-jeur. Le Réseau National d’Observa-tion de la qualité du milieu marin littoral(R.N.O.) a donné l’alerte en 1979, enmontrant des concentrations atteignant100 µg.g−1 de matière sèche dans leshuîtres de la Gironde (Boutier, 1981).Ces concentrations étaient alors, plusde 10 fois celles mesurées dans lesparcs ostréicoles de Marennes-Oléron(6-8 µg.g−1) situés à 30 km au nordde l’embouchure de l’estuaire de laGironde et plus de 50 fois celles duBassin d’Arcachon (1-2 µg.g−1). Suiteà cette constatation, la Gironde a étéclassée en zone D par la Commu-nauté Européenne avec des consé-quences négatives sur les activitéssocio-économiques de la région dunord-Médoc. Depuis 1979, on assisteà une baisse lente et non linéaire desconcentrations qui restent à des tauxpréoccupants (20 à 60 µg.g−1 de poidssecs, selon les sites et les saisons) ;la norme établie par l’OMS et par l’ar-rêté relatif au classement de salubritédes zones de production de coquillageétant de 10 µg.g−1. En février 2002,cette norme a été réduite d’un facteurdeux au niveau européen (5 µg.g−1).

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Fig. 1. Carte montrant la localisation des sites de prélèvements sur les principales rivières drainant leBassin Adour-Garonne, sud-ouest de la France. Les symboles élémentaires indiquent la localisation etla nature des gisements métallifères. Les chiffres indiquent la localisation des sites de prélèvements :(1) Port Ste Marie, (2) Temple, (3) Célé, (4) Boisse-Penchot, (5) Riou-Mort.

Fig. 1. Map showing the location of the sampling sites on the main river systems draining the Adour-Garonne Basin, Southwest of France. Element symboles indicate the location and the nature of theoccurring ore deposits. Numbers indicate the location of the sampling sites: (1) Port Ste Marie, (2) Tem-ple, (3) Célé, (4) Boisse-Penchot, (5) Riou-Mort.

L’agence de l’eau Adour-Garonne a si-gnalé que la source primaire majeurede Cd arrivant en Gironde provenaitde la région industrielle de Decazevilledans le bassin du Lot, par l’intermé-diaire d’un petit affluent le Riou-Mort,situé à environ 200 km en amont de laconfluence Lot-Garonne. Cet affluentdraine les eaux de ruissellement pro-venant des terrils non stabilisés et nonisolés, ainsi que les rejets de l’usine de

Vieille-Montagne dont l’activité minièreet de raffinage de minerais de zinc re-monte à 1840. Cette pollution métal-lique du Lot était connue depuis 1971(Roux et Simonet, 1987 ; Latouche,1988, 1992). Suite à une importantepollution accidentelle en juillet 1986,des travaux d’aménagements ont étéeffectués pour isoler partiellement lesboues de lixiviation de la nappe phréa-tique et du réseau hydrographique de

Le cadmium dans le Lot et la Garonne : sources et transport 23

surface. Ces travaux ont permis de di-minuer les flux métalliques issus decette source ponctuelle. Les flux decadmium estimés et communiqués parl’usine étaient de 84 kg.j−1 en 1985et de 4,2 ± 1,8 kg.j−1 entre 1988 et1993. De plus, cinq barrages hydro-électriques construits sur la vallée duLot entre 1945 et 1960 qui s’ajoutentaux 62 retenues de taille plus limitéedu cours inférieur du Lot régulent lerégime du Lot et écrêtent les ondesde crues (Massio, 1976). En consé-quence, d’importantes quantités de sé-diment enrichi en Cd se sont ac-cumulées dans le cours inférieur duLot. Entre le Riou-Mort et la Garonne,Lapaquellerie et al. (1996b) ont estiméque 9,47 ± 0,9 106 m3 de sédimentet 207 ± 42 tonnes de Cd étaient sto-ckés en amont des barrages en 1991.L’analyse de ces données montre clai-rement que la construction d’un mo-dèle prédictif de l’évolution temporelledes concentrations en Cd dans leshuîtres de la Gironde passe par ladétermination précise des variationsdes flux annuels de la source ponc-tuelle, le Riou-Mort, et des sources dif-fuses : les sédiments, le ruissellementde surface, les villes avec notammentBordeaux. Ces variations dépendentdes paramètres forçant du systèmeque sont le climat régional et les régu-lations anthropiques qui influencent laréactivité interne du système en termed’échange entre phases dissoutes etparticulaires.

Le but de cet article est de propo-ser des bilans de masse de Cd trans-porté du continent à l’océan par le sys-tème fluvio-estuarien de la Gironde.La validité de ce bilan de masse re-pose sur des stratégies d’échantillon-nage adaptées dont nous décrirons ici

la réprésentativité et la fiabilité pour ladétermination des flux métalliques dis-sous et particulaires. L’établissementde ces bilans de masse nous conduiraà apporter des éléments de réponseaux questions suivantes :

– Peut-on établir une relation dyna-mique entre les gîtes métallifèresdu bassin Adour-Garonne et la si-gnature métallique des matières ensuspension (MES) fluviales ?

– Quelle est la variabilité temporelledes flux de Cd apportés à l’estuairede la Gironde par ses trois princi-paux affluents Garonne, Dordogneet Isle ?

– Quelle est la quantité annuelle deCd apportée chaque année par lasource ponctuelle de Decazeville ?

– Peut-on établir un modèle prédictifde transport de Cd en fonction del’hydrologie ?

– Quelles sont les conséquences desaménagements fluviaux de la val-lée du Lot sur le transport du cad-mium ?

2 MÉTHODES ANALYTIQUESET PRÉLÈVEMENTS

Nous avons acquis au cours deces dix dernières années une trèsbonne maîtrise du prélèvement de ter-rain et du conditionnement des échan-tillons en vue de l’analyse des mé-taux en trace (Lapaquellerie et al.,1995, 1996b ; Blanc et al., 1998 et1999 ; Schäfer et Blanc, 2002 ; Schäferet al., 2002). Pour déterminer lesconcentrations en MES, des prélè-vements journaliers sont réalisés àl’aide d’échantillonneurs automatiquesde type Bühler PB-MOS et Sigma 900.Ces échantillonneurs collectent 1 L

24 G. Blanc et al.

par jour par incrément d’un échan-tillon toutes les 90 min, et sont au-tonomes pendant 24 jours. Une fré-quence d’échantillonnage adaptée à lavariabilité hydrologique et du transportde MES du cours d’eau est indispen-sable pour l’estimation fiable des fluxde matière (Coynel et al., 2003 ; Coynelet al., soumis). Les échantillons d’eauet de particules pour l’analyse du cad-mium dissous et particulaire sont col-lectés au minimum une fois par moissur chaque site de notre réseau d’ob-servation. Les particules sont généra-lement récupérées dans la rivière parpompage de volumes pouvant excé-der 1000 L. Cette récupération met enœuvre du matériel de pompage en po-lypropylène (PP) et une centrifugeusede type Westfalia, 12 000 g. La phaseliquide est échantillonnée à l’aide d’unePP bouteille (1 L) pré-lavée à l’acide etrincée avec l’eau du site. Pour assurerla meilleure conservation des échan-tillons et s’affranchir de problèmes demodifications de matrice et de conta-mination, tous nos échantillons sontconditionnés (filtré – Minisart®, 0,2 µmet acidifié – HNO3 ultrapur 1/1000) surle terrain dans notre camion labora-toire équipé notamment d’une hotte àflux laminaire, d’une boite à gants sousflux d’azote, d’une centrifugeuse, d’uni-tés de filtration, d’un pH-mètre, d’unconductimètre et d’un oxymètre. Lesconcentrations en MES sont détermi-nées en filtrant 1 L d’eau de la rivièresur un filtre pré-pesé de type WhatmanGF/F, 0,7 µm. Des filtres de 0,45 µmne donnent pas des résultats de peséesignificativement différents par rapportaux filtres de 0,7 µm.

Les échantillons collectés pourl’analyse chimique sont traités se-lon un protocole strict dans des

conditions contrôlées (air filtré, pro-duits chimiques de haute pureté,vaisselle propre. . . ) afin d’éviter toutecontamination de l’échantillon. Leséchantillons solides secs sont broyéset homogénéisés dans un mortier enagate. Des aliquotes représentatifs de30-50 mg sont prélevés dans des ré-acteurs en Téflon propres (Savillex®).Les échantillons sont mis en solutionpar une attaque tri-acide (HNO3, HClet HF, qualité suprapur) et repris par10 ml de HNO3 (1 %, dans eau MilliQ).

Les analyses de la concentrationde Cd et des autres métaux dansles échantillons liquides (eaux douceset les solutions résultantes des at-taques acides dans une matrice deHNO3 1 %) sont dosées par spectro-métrie de masse après ionisation parplasma couplé (ICP-MS ; Perkin ElmerElan 5000). Pour cela, les échantillonssont aspirés et nébulisés dans unetorche en quartz maintenant un plasmad’argon (ICP), celui-ci induit l’ionisa-tion des éléments par transfert d’éner-gie (par collision). Les ions traversentensuite une interface en nickel de dia-mètre 1 mm. Son rôle est d’extraire lesions de la torche (T = 8000 K, P atm)vers le spectromètre de masse (MS)par un vide permanent (P = 10−6 torr).Les ions traversent des lentilles pola-risées (réglées dans notre cas pourl’analyse de cations), puis le spectro-mètre de masse quadripôle discrimineles isotopes par déviation de leur tra-jet dans un champ électromagnétiquede haute fréquence, en fonction de leurrapport masse sur charge. Le détec-teur enregistre le nombre d’ions d’unisotope ayant traversé le spectromètre.L’ICP-MS est réglé en mode Peak-Hop : la mesure de chaque élément est

Le cadmium dans le Lot et la Garonne : sources et transport 25

la moyenne de 21 lectures sur 3 do-sages successifs.

La sensibilité de l’appareil est ajus-tée à l’aide d’une solution connue de10 µg.l−1 d’isotopes couvrant une largegamme de masse (207,208Pb, 24Mg et103Rh), le bruit de fond est mesuré àla masse 220. Le taux d’oxydes et letaux d’ions doublement chargés sontégalement vérifiés pour ne pas ex-céder 3 % lors de tous les dosages(typiquement autour de 2 %). Une ca-libration interne et externe est réa-lisée. Une solution-mère a été pré-parée pour notre étude avec dessolutions de concentrations connues(AccuTraceTM Reference standard) :Zn = 2 500 µg.l−1 ; V, Cu, Pb, Ni, Cr,Ti, Co, Zr = 500 µg.l−1 ; Cd, Sn, Mo =50 µg.l−1. Nous utilisons généralementune gamme de six étalons pour nosdifférentes séries d’analyses, la limitebasse a été obtenue en diluant lasolution-mère 1 000 fois et la limitehaute 25 fois. Les droites de calibrationpermettent de déterminer la concen-tration des éléments métalliques avecun coefficient de régression supérieurà 0,995. De plus, un étalon est me-suré entre le passage de 5 échantillonsafin de déterminer la dérive de la sen-sibilité de l’appareil. Des blancs d’at-taques sont mesurés, les valeurs ob-tenues sont soustraites des valeurs deconcentration.

Pour les analyses des échantillonsde MES récupérés par centrifugationou des particules récupérées dans despièges, l’attaque régulière des stan-dards certifiés internationaux (CRM-320, métaux traces dans sédimentde rivière et PACS-1, sédiment ma-rin, pollué, 1646a, sédiment d’estuaire)montre une erreur moyenne de la mé-thode analytique inférieure à 5 % (typi-

quement 3 %) et une reproductibilité dela méthode d’environ 3 à 10 %, certai-nement due à une homogénéité limitéedes échantillons standards.

3 RÉSULTATS ET DISCUSSION

3.1 Choix des sites pour un suivides flux de cadmium dissouset particulaire

Les sites d’échantillonnage ont étéchoisis en amont de l’influence de lamarée dynamique pour s’affranchir del’inversion de la direction du courantet de toute intrusion saumâtre, maisle plus en aval possible pour inté-grer le maximum de la zone de drai-nage. Les sites de Guîtres-sur-l’Isle, dePessac-sur-Dordogne et de La Réolesur la Garonne (Fig. 1) présentent lemeilleur compromis pour évaluer la dé-charge en eau vers l’océan par l’inter-médiaire de l’estuaire de la Gironde.Les autres sites complétant le réseaud’observation en environnement quenous avons mis en place, sont : Port-Sainte-Marie, Temple, Célé, Riou-Mortet Boisse-Penchot (Fig. 1). Ces sitesont été choisis pour accéder à la par-tition des apports en Cd entre les bas-sins du Lot et de la Garonne et pourquantifier les apports du sous-bassinversant de Decazeville par rapport àl’ensemble du Bassin versant du Lot.

3.2 Les données nécessairespour la détermination des flux

Pour suivre temporellement des fluxfluviaux d’éléments en trace, il est né-cessaire d’obtenir des données fiablesde débits, de concentrations en ma-tières en suspension (MES) et de

26 G. Blanc et al.

concentrations de Cd dissous et par-ticulaire. Les flux de Cd sont calculéspar les méthodes recommandées parWalling and Webb (1985), Meybeck(1992) et Meybeck et al. (1996). Lesflux de MES sont déterminés à partirde données journalières de concentra-tions en MES. Deux raisons majeuresconcernant les débits et les concen-trations en MES, imposent ces suivisjournaliers pour notamment détermi-ner les flux à l’exutoire des bassinsdu Lot et de la Garonne. En début depériode de crue, les débits du Lot etde la Garonne peuvent varier de fac-teurs compris entre 30 et 45 au coursd’une même journée et les concentra-tions en MES peuvent varier d’un fac-teur supérieur à 100 entre les périodesde crue et d’étiage. L’augmentation ex-ponentielle des concentrations en MESau cours des périodes de crues ampli-fie fortement la variabilité des flux jour-naliers des MES par rapport aux fluxhydriques. En conséquence, quelquesjours dans l’année peuvent représen-ter la majeure partie des flux annuelsde MES et donc des métaux associés.La figure 2 montre que plus de 60 %du flux annuel de MES est atteint enmoins de 10 % de l’année.

Ainsi, pour obtenir des flux de pol-luants corrects dans des systèmesfluviaux turbides, il est nécessaired’adapter la fréquence d’échantillon-nage en fonction de la taille du bassinet de l’amplitude temporelle des crues(Maneux et al., 1999). Les concen-trations en Cd particulaire (e.g. Cdlié aux MES) montrent une variabi-lité temporelle très inférieure à cellesdes concentrations en MES. A titred’exemple pour l’année, les concentra-tions en Cd particulaire à Temple sontde 12,5 ± 3,2 mg.kg−1 (Blanc et al.,

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Fig. 2. Diagramme montrant la distribution jour-nalière cumulée des flux hydriques et de MESpour 1996 (année humide) et 1997 (annéesèche).

Fig. 2. Diagram showing the cumulative daily dis-tribution of the river water and TSS fluxes in 1996(humid year) and 1997 (dry year).

1999). Puisque les flux de cadmiumsont calculés en considérant que lesconcentrations journalières de Cd dis-sous et particulaire sont constantesentre deux prélèvements, notre expé-rience de dix ans d’observation surle Lot et la Garonne, a montré quepour obtenir une précision de l’ordre de20 % sur les valeurs des flux calculés,la fréquence analytique optimale étaitde 16 à 18 échantillons par an.

Pour établir des bilans de masse surles transferts de Cd, il est impératifde déterminer les flux entrants dans lesystème notamment via la source de

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Fig. 3. Diagramme montrant les variations jour-nalières de débits et de concentrations en MESdans le Riou-Mort au cours des années 1999 et2000.

Fig. 3. Diagram showing the daily changes offlow and MES concentrations in the Riou-MortRiver in 1999 and 2000.

pollution ponctuelle et chronique. Pourcela, une station de suivi est instal-lée depuis 1998 dans la partie aval duRiou-Mort, affluent du Lot drainant lebassin de Decazeville. Contrairementaux autres stations sur le Lot, le régimetorrentiel du Riou-Mort (Fig. 3) et lavariabilité extrême des concentrationsen Cd dissous et particulaire (Fig. 4),nous ont imposé d’augmenter consi-dérablement notre fréquence d’échan-tillonnage pour garantir une précisionde l’ordre de 20 % sur les flux.

Les résultats reportés dans la fi-gure 4 montrent que pour le Riou-Mort, dont le bassin versant subit une

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µg

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Fig. 4. Diagramme montrant la variabilité desconcentrations en Cd dissous (a) et particu-laires (b) dans le Riou-Mort en 2000. Les barresnoires correspondent à des échantillons préle-vés mensuellement. La ligne brisée est tracée àpartir des concentrations déterminées dans deséchantillons cumulant six jours de prélèvements.

Fig. 4. Diagram showing concentrations of dis-solved (a) and particulate (b) cadmium in theRiou-Mort during the year 2000. Black bars yieldthe samples collected every month. The blackline is obtained from Cd concentrations deter-mined in samples including six days of collection.

forte pression anthropique (e.g. lesconcentrations en Cd sont deux àtrois ordres de grandeur plus élevéesque celles du Lot), les prélèvementsmensuels ne garantissent pas unebonne représentativité de l’évolutionannuelle très variable des concentra-tions. Les concentrations déterminéesdans les échantillons cumulant six

28 G. Blanc et al.

jours de prélèvements montrent éga-lement une très forte variabilité. Tou-tefois, ces concentrations permettentd’accéder à une très bonne précisionsur la détermination des flux puis-qu’elles intègrent un échantillonnageexhaustif des phases dissoutes et par-ticulaire de Cd.

3.3 Les méthodes de récupérationdes MES

Les principales méthodes pour ex-traire les fractions particulaires à par-tir de systèmes aquatiques natu-rels sont la filtration, l’utilisation depièges à particules et la centrifugationd’un grand volume d’eau directementpompé dans la rivière. Chacune de cesméthodes présentent des avantages etdes inconvénients (e.g. Duinker et al.,1979 ; Gardner, 1980 ; Etcheber andJouanneau, 1980).

La filtration est communément em-ployée pour la quantification desconcentrations en MES. Pour quanti-fier des concentrations en Cd particu-laire représentatif du transport dans larivière, cette méthode ne peut être uti-lisée que lorsqu’il est impératif d’effec-tuer un échantillonnage à très haute ré-solution comme cela est le cas pourle calcul des flux de Cd du Riou-Mort.Toutefois, cette méthode a deux incon-vénients majeurs dans le cas de sys-tème fluviatile turbide comme le Lot etla Garonne. Premièrement, la chargeen MES dans l’eau, limite le volumed’eau filtrée et ne permet pas d’obtenirun échantillon ponctuel suffisammentreprésentatif du transport. Deuxième-ment, la quantité de MES retenue surles filtres est insuffisante pour obte-nir une masse nécessaire (> 2 g) à

des analyses physiques et chimiquesautres que le cadmium (e.g. granu-lométrie, autres éléments en trace,micro-polluants organiques), et à desexpériences en laboratoire de bilan etde cinétique des phénomènes d’ab-sorption – désorption.

Les deux autres méthodes, piègeà particules et centrifugation permet-tant de récupérer suffisamment dematériel particulaire, ont été préala-blement critiquées pour différentes rai-sons. Les pièges à particule séparentles MES de l’eau par sédimentation.Ce mode de récupération peut doncmodifier la représentativité de la com-position de l’échantillon par fractionne-ment granulométrique. C’est pour celaque les pièges à particules sont leplus souvent utilisés pour étudier destransports verticaux de particules dansdes environnements marins. Toutefois,les pièges ont été utilisés dans lessystèmes fluviaux (e.g. Siegel, 1985 ;Kelderman et al., 1998 ; Bonté et al.,2000). De plus, le temps de rési-dence relativement long (e.g. quelquesjours) des particules dans le piègepeut altérer l’échantillon par échangesentre phases dissoute et particulaireet par adsorption des composés surles parois du container (e.g. Pattersonet al., 1976 ; Asper, 1988 ; Blanc et al.,2002). Le principal inconvénient re-porté pour la centrifugation est la pos-sibilité de contamination des échan-tillons (Etcheber & Jouanneau, 1980).

Puisqu’il apparaît qu’aucune mé-thode de récupération de MES nesoit satisfaisante, nous avons testé lesdeux méthodes de récupération desMES par sédimentation et par centrifu-gation. Le but était d’évaluer quantita-tivement l’influence de ces techniquesd’échantillonnage sur la composition

Le cadmium dans le Lot et la Garonne : sources et transport 29

des MES collectées et de détermi-ner la méthode de récupération laplus fiable dans le cadre de l’instal-lation de notre réseau d’observationen environnement. Ces tests ont étéeffectués dans les conditions hydro-logiques normales et en crues pourles six rivières déterminants les fluxbruts de la façade atlantique aquitaine.Ces rivières sont : Garonne, Dordogne,Isle, Charente, Adour et Gaves. Lesdonnées obtenues au cours de cetteétude sont réprésentatives de cellesacquises sur deux ans d’observationqui couvre toutes les conditions hydro-logiques avec 15 à 24 échantillons paran pour chaque site.

3.4 Distribution granulométriqueet concentrations métalliques

Les distributions de taille issues del’analyse par micro-granulométrie laserdes échantillons récupérés en régimehydrologique normal et en crue de laGaronne, de la Dordogne, de l’Isle etde la Charente sont présentées dans lafigure 5. Ces courbes de distributionscomprises entre 0,05 et 750 µm sonttoutes bi-modales lorsque les échan-tillons sont collectés par centrifuga-tion alors qu’elles sont uni-modalespour les prélèvements par piège. Cesrésultats indiquent que le pompage-centrifugation permet de récupérer deséchantillons les plus représentatifs dutransport en suspension.

Pour tous les cours d’eaux tes-tés en régime normal et en crue, lesmoyennes du grain médian varient res-pectivement de 20 à 23 µm et de 25 à36 µm pour les deux méthodes de pré-lèvements (Fig. 6).

Cette différence plus marquée encrue indique deux populations diffé-rentes de particules échantillonnées.Le déplacement quasi systématiquedu spectre vers les fortes tailles departicules collectées par piégeage, ades conséquences importantes sur lesconcentrations en éléments en trace(Fig. 7).

Pour des vitesses de courant com-prises entre 0,6 et 2,5 m.s−1, lesrapports de concentrations C/P (Cen-trifugation/Piège) montrent que leséchantillons collectés par centrifuga-tion présentent des valeurs 2 à 6 foissupérieures à celles mesurées sur leséchantillons des pièges. Pour s’assu-rer que cette différence n’est pas due àune contamination métallique par abra-sion du godet de centrifugation, un testde centrifugation répétitive du mêmematériel a été effectué. Ce test nemontre aucun enrichissement métal-lique même après quatre centrifuga-tions successives (Tab. 1).

De plus, des rapports C/P supé-rieurs à 1 ont également été obtenuspour les micro-polluants organiques(Lapaquellerie et al., 2000). En consé-quence, nous considérons que lepompage-centrifugation est la mé-thode la mieux adaptée à la détermi-nation des concentrations en élémentsen trace transportés par les particulesfluviales.

3.5 Sources des élémentsmétalliques transportéspar les MES

La comparaison entre les concen-trations en éléments en trace desMES des bassins Adour, Garonneet Charente et celles moyennant le

30 G. Blanc et al.

Garonne

0

2

4

6

8

0,05 0,09 0,17 0,31 0,58 1,06 1,95 3,6 6,63 12,2 22,5 41,4 76,3 141 259 477

Piège (N)

Centrifugeuse (N)

(%)

(µm)

Garonne

0

2

4

6

8

0,05 0,09 0,17 0,31 0,58 1,06 1,95 3,6 6,63 12,2 22,5 41,4 76,3 141 259 477

Piège (C)

Centrifugeuse (C)

(%)

Dordogne

0

2

4

6

8

0,05 0,09 0,17 0,31 0,58 1,06 1,95 3,6 6,63 12,2 22,5 41,4 76,3 141 259 477

Piège (N)

Centrifugeuse (N)

(%) Dordogne

0

2

4

6

8

0,05 0,09 0,17 0,31 0,58 1,06 1,95 3,6 6,63 12,2 22,5 41,4 76,3 141 259 477

Piège (C)

Centrifugeuse (C)

(%)

Isle

0

2

4

6

8

0,05 0,09 0,17 0,31 0,58 1,06 1,95 3,6 6,63 12,2 22,5 41,4 76,3 141 259 477

Piège (N)

Centrifugeuse (N)

(%) Isle

0

2

4

6

8

0,05 0,09 0,17 0,31 0,58 1,06 1,95 3,6 6,63 12,2 22,5 41,4 76,3 141 259 477

Piège (C)

Centrifugeuse (C)

(%)

Charente

0

2

4

6

8

0,05 0,09 0,17 0,31 0,58 1,06 1,95 3,6 6,63 12,2 22,5 41,4 76,3 141 259 477

Piège (N)

Centrifugeuse (N)

Charente

0

2

4

6

8

0,05 0,09 0,17 0,31 0,58 1,06 1,95 3,6 6,63 12,2 22,5 41,4 76,3 141 259 477

Piège (C)

Centrifugeuse (C)(%)

Fig. 5. Distribution en pourcentage de la taille des MES récupérées par pompage-centrifugation et àl’aide de piège à particules en régime hydrologique normal (N) et en crue (C).

Fig. 5. Grain size distributions of SPM sampled by pumping /centrifugation, and using a particle trapduring normal discharge (N) and flood (C).

transport particulaire mondial (Martin& Whitfield, 1983) montre des enrichis-sements significatifs en Zn, Cd, Cu,Pb, As, Au, Ag en Aquitaine (Schäfer& Blanc, 2002). Puisque les distribu-

tions de la taille des particules trans-portées par la Garonne et l’Isle restenttrès similaires entre les régimes hydro-logiques normaux (N) et de crue (C)(Fig. 5), les rapports de concentrations

Le cadmium dans le Lot et la Garonne : sources et transport 31

0

10

20

30

40

50

gra

in m

éd

ian

(µ

m)

hydrologie normale situation de crue

centrifugation

piège

20 2325

36

Fig. 6. Comparaison des tailles (µm) de grainmédian moyen des MES échantillonnées en ré-gime normal et en crue et pour les deux modesde récupération (centrifugation et pièges à parti-cules).

Fig. 6. Comparison of the mean grain sizes ofMES sampled by using pumping/centrifugationand trapping during normal flow and flood.

Tableau 1. Concentrations métalliques(mg.kg−1) mesurées dans des particulesdu Lot après une et quatre centrifugationssuccessives à partir des suspensions dans del’eau potable.

Table 1. Metal concentrations (mg.kg−1) deter-mined in the particle matter from the Lot Riverafter one and four runs of recovery by centrifu-gation from suspensions in tap water.

(mg.kg−1) 1 centrif. 4 centrif. différence(%)

V 267 270 1,1Cr 228 232 1,7Co 40,6 40,3 <1Ni 185 184 <1Cu 236 241 2,1Zn 2590 2620 1,2Mo 3,35 3,47 3,6Cd 20,3 20,3 <1Sn 25,9 26,2 1,2Pb 174 177 1,7

élémentaires N/C peuvent être consi-dérés comme un indicateur de sourcesmétalliques (Fig. 8).

Des rapports N/C compris entre 0,8et 1,25 indiquent des variations infé-rieures à 25 %, ce qui est le cas pourla majorité des éléments métalliquesparticulaires de la Garonne. Toutefois,la figure 8 montre clairement que pourcertains éléments (Ni, Cu, Zn, Mo, Ag,Cd, Sn, Au, Pb en Isle, Ag, W enGaronne) les rapports sont supérieursà 1,25, alors que pour d’autres élé-ments (Cu, Zn, Cd en Garonne, Th,U, Co en Isle) les rapports sont égauxou inférieurs à 0,8. Une analyse pré-cise des cartes métallogéniques duBRGM, nous a permis d’établir unerelation entre les gisements métalli-fères et la signature métallique desMES (Schäfer & Blanc, 2002). Ces gi-sements métallifères sont le plus sou-vent localisés sur les façades sud-ouest du Massif Central et nord desPyrénées (Fig. 1), c’est-à-dire dans lesparties amonts de bassins versants.Ces zones montagneuses apportentla majorité du matériel particulaire enrégime hydrologique normal pendantlequel la contribution des zones deplaines est très faible, par contre en pé-riode de crue, le flux de MES est majo-ritairement déterminé par l’érosion desterrains meubles des zones de plaines.

Suivant ce paradigme, il est conce-vable que les concentrations métal-liques particulaires soient diluées enpériode de crue et que les rapportsN/C des éléments issus des gisementsde montagne, soient supérieurs à 1,3.A contrario, la présence d’un gisementd’uranium localisé dans la partie avaldu bassin de l’Isle permet d’expliquerle rapport N/C de 0,6 pour l’uraniumparticulaire au débouché du bassin.Alors que Zn, Cu et Cd dérivent es-sentiellement de gisements sulfurés duMassif central et des Pyrénées, des

32 G. Blanc et al.

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3

vitesse de courant (m.s-1)

rap

po

rt c

en

tr/p

ièg

e

Cd

Zn

Pb

Cu

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Adour

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Dordogne

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rap

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Cen

trif

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0

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2

3

4

5

6

0 1 2 3

vitesse de courant (m.s-1)

rap

po

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tr/p

ièg

e

Cd

Zn

Pb

Cu

Ni

Cr

Fe

Mn

Isle

Adour

Charente

Dordogne

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co

nc

en

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on

s “

Cen

trif

/piè

ge”

Fig. 7. Relation entre le rapport de concentrations en métaux traces dans les particules récupérées parles deux techniques différentes (centrifugation et piége à particules – « centrif/piège ») et la vitessemoyenne de courant pendant la période d’échantillonnage. Un rapport « centrif/piège » de 1 (lignepointillée) indique des concentrations en métaux traces similaires dans les deux types d’échantillonset donc l’équivalence des deux techniques de prélèvement.

Fig. 7. Relation between the ratio of trace metal concentrations in particles sampled by using the differ-ent sampling techniques (centrifugation and sediment traps –“centrif/piège”) and mean current velocityduring sampling. A ratio “centrif/piège” (dashed line) indicates similar trace metal concentrations in thedifferent sample types and, thus, equivalence of the two sampling techniques.

rapports N/C compris entre 0,6 et 0,8ont été déterminés pour ces élémentsà La Réole, exutoire de la Garonne.Ce type de gisements n’existant pasen plaine, l’augmentation en crue desconcentrations en Zn, Cd et Cu peutêtre attribuée à l’érosion des dépôtsanthropiques du Bassin de Decazevilleet des sédiments pollués accumulésen amont des barrages hydroélec-triques de la vallée du Lot. Un apportsupplémentaire de Cu peut résulter del’érosion des vignobles qui occupentd’importantes surfaces dans la partiebasse du bassin de la Garonne.

3.6 Flux annuels bruts et nets de Cd

Les flux annuels de Cd dissous etparticulaire entrant dans l’estuaire dela Gironde sont reportés dans la fi-gure 9.

Ces flux constituent les flux brutspuisqu’ils ont été déterminés parla somme des flux de la Garonne,la Dordogne et l’Isle en amont de lamarée dynamique (La Réole, Pessac,et Guîtres, Fig. 4). En regard dela décharge hydrologique annuel, dunombre et de l’intensité des crues,la décade d’observation comprise

Le cadmium dans le Lot et la Garonne : sources et transport 33

0

1

2

3

Fe Mn V Cr Co Ni Cu Zn Mo Ag Cd Sn W Au Pb Th U

Garonne

Isle

Ra

pp

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co

nc

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N/C

0

1

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Garonne

Isle

Fig. 8. Rapports de concentrations élémentaires N/C (N = régime hydrologique normal, C = crue) pourdes MES de la Garonne et de l’Isle. Des valeurs inférieures à 0,8 et supérieures à 1,25 indiquent desdifférences significatives entre régime normal et crue.

Fig. 8. Concentration ratios of normal flow (N) /flood (C) for SPM from the Garonne and Isle Rivers.Values below 0.8 and greater than 1.3 indicate significant différences between normal flow and flood.

entre 1990 et 1999 est représen-tative d’une période beaucoup pluslongue (1959-1999), (Probst & Tardy,1985 ; Nagy-Breitenstein, 1993). Cesdonnées permettent de caractériserdes années hydrologiques moyennesen Garonne avec des moyennes deflux hydriques annuels comprises entre500 et 800 m3.s−1. En référence à cesvaleurs, nous qualifions 1990, 1991,1997 et 1998 d’années sèches, 1993,1995 et 1999 d’années moyennes, et1992, 1994 et 1996 d’années humides.

Sur la figure 9, nous constatons queles apports de Cd à la Gironde sontdominés par la contribution de la Ga-ronne, dont les flux de cadmium sontfortement influencés par les flux deMES (Tab. 2).

Ainsi, les apports de Cd à la Girondese font principalement sous forme par-ticulaire pendant les années les plushumides. En comparant ces flux avecles flux calculés à l’aide de concen-trations en Cd mesurées dans des ri-vières peu polluées du bassin versant(e.g. en 2000-2002 : 1-5 mg.kg−1 et20-30 ng.L−1dans le Lot amont de laconfluence avec le Riou Mort, dansla Garonne amont de la confluenceavec le Lot et dans la Dordogne),nous estimons que 70 à 80 % (≈7à 8 t an−1) du Cd transportés par laGaronne à la Réole résultent d’ap-ports anthropogéniques et que la ma-jorité de ces apports (≈5 à 6 t an−1)dérivent du Bassin de Decazeville viale Riou-Mort (Fig. 1) (Lapaquellerie

34 G. Blanc et al.F

lux liquides Garonne + D

ordogne (km3.an

-1)F

lux liquides Garonne + D

ordogne (km3.an

-1)

Fig. 9. Flux annuels bruts de Cd entrant dans l’estuaire de la Gironde pour la période d’observation1990-1999. Les barres noires représentent les flux nets de Cd dissous pour les années 1990, 1994,1997 et 1998, données de Kraepiel et al., 1997 ; Boutier et al., 2000 et Michel et al., 2000.

Fig. 9. Annual gross fluxes of Cd incoming into the Gironde estuary for the observation period 1990-1999. The black bars yield the net fluxes of dissolved Cd leaving the Gironde in 1990, 1994, 1997,1998, data from Kraepiel et al., 1997; Boutier et al., 2000 and Michel et al., 2000.

et al., 1991, 1992, 1993, 1994, 1995,1996, 1997, 1998, 1999, Blanc et al.,1999, Schäfer et al., 2000). Les plusfaibles concentrations de Cd dissouset particulaire mesurés dans le Lotamont, la Garonne (Port Ste Marie) etdans la Dordogne correspondent bienaux valeurs de concentrations en Cddissous (0,18 nmol.l−1) et particulaires(8,9 µmol.kg−1) données par Martin& Whitfield (1983) comme les valeursde référence de système non polluéà l’échelle mondiale. En utilisant cesvaleurs, il apparaît qu’environ 45 %(0,85 t.an−1) du flux de Cd total appor-tés à la Gironde par la Dordogne est

d’origine anthropogénique. Ainsi, nousestimons que 60 à 75 % du flux brut to-tal de Cd entrant en Gironde sont dusà la pollution métallique du bassin ver-sant (Schäfer et al., 2002).

Dans l’estuaire, la concentration deCd dissous augmente avec la sali-nité (Jouanneau et al., 1990, 1993 ;Kraepiel et al., 1997). À partir deconcentrations en Cd dissous mesu-rées ponctuellement dans les eauxestuariennes (Kraepiel et al., 1997 ;Boutier et al., 2000 ; Michel et al.,2000), des flux nets de Cd dissousont été estimés (Boutier et al., 2000 ;Schäfer et al., 2002). La comparaison

Le cadmium dans le Lot et la Garonne : sources et transport 35

Tableau 2. Valeurs moyenne, minimum et maximum des flux en eau, en MES et en Cd pour la Girondeet ses affluents majeurs pour la période d’observation 1990-2000.

Table 2. Mean concentrations on discharge and fluxes calculated for the Gironde and its major tribu-taries for the observation period 1990-2000.

Système fluvial Système fluvial Contribution relative :1990-1999 Girondede la Garonne de la Dordogne Garonne/Dordogne

Moyenne Moyenne Moyenne (%)(min-max) (min-max) (min-max)

Surface de bassin 77 000 55 000 22 000 71/29(km2)

Flux hydrique 34,3 (22,9-50,4) 20,2 (11,3-30,7) 14,1 (11,6-19,7) 59/41(109 m3. an−)

Flux MES 3,24 (0,93-7,71) 2,40 (0,55-6,5) 0,84 (0,33-1,48) 74/26(106 t.an−1)Flux COP3) 119 (41,1-226) 72,5 (16,4-154) 46,1 (19,5-89,1) 61/39(103 t.an−1)

Cdtotal 12,4 (5,0-29) 10,6 (3,83-26,4) 1,85 (0,94-2,56) 85/15(t.an−1)

Cdparticulaire 10,2 (2,85-26,5) 8,86 (2,16-24,5) 1,35 (0,64-1,60) 87/13(t.an−1)

Cddissous 2,20 (1,69-2,86) 1,70 (1,41-1,96) 0,50 (0,30-0,96) 77/23(t.an−1)

de ces flux nets avec les flux brutsmontre que la majorité ∼90 % du Cdparticulaire apportée par les rivièrespasse sous forme dissoute dans l’es-tuaire. Toutefois, la réactivité internede l’estuaire déterminant les échangesentre phases dissoutes et particulairesemble dépendre des conditions hy-drologiques. En périodes de faibles dé-bits fluviaux (e.g. année sèche 1991),nous constatons que le flux net estsupérieur au flux brut de Cd, alorsqu’en périodes de forts débits flu-viaux (e.g. année humide 1994) le fluxbrut dépasse le flux net. Ces donnéessont interprétées en terme de miseen solution progressive de Cd à par-tir du Cd particulaire stocké temporai-rement dans les zones de maximumde turbidité (bouchon vaseux) et/ou decrèmes de vase de l’estuaire de laGironde (concentrations en MES com-

prises entre 100 et 500 g.l−1 ; Cd par-ticulaire 0,5-1,5 mg.kg−1, Cd dissousjusqu’à 120 ng.l−1 ; Kraepiel et al.,1997 ; Schäfer et al., 2002 ; Robert,2003 ; Robert et al., sous presse).

3.7 Modèle prédictif des flux de Cddans le Lot

Afin de comparer la variation inter-annuelle des concentrations de Cddissous et particulaires, nous avonscalculé les concentrations moyennesannuelles pondérées des flux (e.g.Conc. Pondérée Cd dissous = Flux Cddissous/Débit) (Fig. 10).

À Temple, les concentrations deCd dissous ont diminué de 295 à112 ng.l−1 (−60 %) entre 1990 et 1992et les concentrations de Cd particu-laire ont diminué de 30 à 14 mg.kg−1

36 G. Blanc et al.C

dd

isso

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.L-1

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Cd

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100

150

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1990 1991 1992 1993 1994 199 1996 1997 1998 1999 20000

5

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15

20

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30

35

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0

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150

200

250

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350

400

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 20000

5

10

15

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25

30

35Cd dissous

Cd

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-1)

Cd

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-1)

-1)

Cd

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1990 1991 1992 1993 1994 199 1996 1997 1998 1999 20000

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1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 20000

5

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15

20

25

30

35Cd dissous

-1) -1)

Fig. 10. Évolution des concentrations moyennespondérées des flux annuels de Cd dissous etparticulaire dans le Lot.

Fig. 10. Evolution of weighted mean concentra-tions of particulate and dissolved Cd in the LotRiver.

(−53 %) entre 1990 et 1993. Ces im-portantes diminutions de concentra-tions peuvent être attribuées aux confi-nements des boues de lixiviation etaux re-traitements des eaux de ruis-sellement et de la nappe du site del’usine de traitement de minerai de Znde Decazeville. Depuis 1993, la faiblevariabilité inter-annuelle des concen-trations suggère que la source anthro-pique a été stabilisée et que les varia-bilités des flux dissous et particulairede Cd sont fonction des changementsde débit.

En utilisant notre banque de don-nées décennale des concentrations enMES, en Cd dissous et particulaires, etde débits, ces fonctions ont pu être éta-blies, et les flux annuels de Cd dissouset particulaire ont pu être modélisés(Audry et al., 2004a). Ce modèle né-cessite au préalable une observationdu système fluvial pour effectuer cor-rectement une sélection des flux jour-naliers de Cd dissous et particulaireen fonction de situations hydrologiquesreprésentatives du mode de déchargeen eau de la rivière Lot et une déter-mination de la contribution relative des

Temple

0

0,5

1

1,5

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

Flu

x C

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Flux réels

Flux modèle

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1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

Flu

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Flux modèle

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1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

-1) Flux réels

Flux modèle

Fig. 11. Comparaison entre les flux de Cd dis-sous et particulaires calculés à partir des don-nées de terrain et ceux issus de notre modèleprédictif.

Fig. 11. Comparison of the dissolved and partic-ulate Cd fluxes calculated from the field data andresulted from our predictive model.

flux journaliers dissous et particulaire.Les résultats du modèle sont reportésdans la figure 11, en comparaison desflux calculés à partir des données deterrain.

La différence entre valeurs modéli-sées et calculées est dans la plupartdes cas dans la marge d’erreur des fluxcalculés. Cette validation a posteriorimontre que notre modèle empiriquepeut reproduire correctement les fluxannuels de Cd dissous et particulaire.Il devient alors possible de prévoir lesvariations inter annuelles des flux deCd sur la seule base des donnéesde débits et en s’affranchissant de lanécessité de déterminer les concentra-tions métalliques.

Le cadmium dans le Lot et la Garonne : sources et transport 37

3.8 Remobilisation anthropiquedes sédiments du Lot

Toutefois, la figure 11 montre quepour l’année 2000, notre modèledonne une valeur de flux particulaired’environ 50 % inférieure à celle cal-culée à partir des données de ter-rain. Cette différence peut être expli-quée à partir du bilan de masse deCd pour le système Riou-Mort-Lot en2000. Ce bilan montre que les apportsde Cd sont répartis selon une contri-bution de l’ordre de 2 tonnes (0,2 tde Cd dissous et 1,8 t de Cd particu-laire) provenant du bassin amont duLot, incluant le Célé et de 6 tonnesprovenant du Riou-Mort. Depuis 1998,notre observation journalière du Riou-Mort montre que les apports de Cd dubassin de Decazeville sont effective-ment stabilisés autour d’une valeur del’ordre de 6 t.an−1 avec 75 % du trans-port sous-forme particulaire. Cette va-leur est également comparable aux5,3 tonnes estimées en 1996 à partird’une première période d’échantillon-nage, partiellement représentative dutransport dans le régime torrentiel duRiou-Mort (Blanc et al., 1999). Toute-fois, on notera que le transport de Cdétait à 80 % sous forme dissoute en1996. Cette différence dans la phasede transport suggère un changementde procédé dans le traitement des ef-fluents de l’usine de Vieille-Montagne.Si on ne considère aucune perte deCd dans les sédiments du Lot, le fluxtotal de Cd arrivant à Temple devraitêtre de l’ordre de 8 tonnes. Toutefois,les données issues du suivi journalierà Temple permettent de calculer unflux total annuel (en 2000) de 13 ±1,5 tonnes. Ainsi, pour boucler le bi-lan de Cd en 2000, il faut une source

supplémentaire de Cd de l’ordre de5 tonnes. La seule source possible dematériel contaminé en Cd correspondaux sédiments, dont de grandes quan-tités sont accumulés en amont des re-tenues hydroélectriques du Lot (Blancet al., 1999 ; Audry et al., 2003). Tou-tefois, la distribution des valeurs dedébits enregistrés sur le Lot en 2000(moyenne annuelle de 185 m3.s−1) nepermet pas d’expliquer un déstockagenaturel de Cd sédimentaire d’une telleampleur à partir des retenues. Parcontre, les travaux de dragage liés àla construction d’une écluse au niveaude la retenue de Villeneuve (située enamont de Temple) sont très certaine-ment responsables de la forte augmen-tation des flux de Cd à Temple (Audryet al., 2004b). La distribution journa-lière des concentrations en MES, pourl’année 2000 à Temple confirme cettehypothèse (Fig. 12). L’augmentationbrutale des concentrations de MES le15 septembre 2000 ne correspond pasà un épisode de crue mais au débutdes travaux de dragage à Villeneuve.

4 CONCLUSION

Depuis 1990, la pollution cadmifèrede la Gironde fait l’objet d’une sur-veillance scientifique par la mise enplace d’un Réseau d’Observation enEnvironnement sur le système fluvio-estuarien Lot/Garonne. Depuis 1998,ce réseau couvre tout le continuumRiou Mort-Lot-Garonne-Gironde, com-prenant six stations dont le modeet la fréquence d’échantillonnage ontété adaptés en fonction de la tailledes sous-bassins versants et del’amplitude temporelle des flux. Lestests effectués en régime hydrologique

38 G. Blanc et al.

0

200

400

600

800

j f m a m j j a s o n d

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)

Débit

MES

Fig. 12. Diagramme montrant les variations jour-nalières de débits et de concentrations en MESdans le Lot au cours de l’année 2000. La périodede travaux de dragage correspond à une netteaugmentation de la concentration en MES à par-tir du 15 septembre 2000.

Fig. 12. Diagram showing the daily changes offlow and MES concentrations in the Lot Riverin 2000. The period of river bed dredging withan abrupt MES concentrations increase fromSeptember 15th, 2000 on.

normal et en crue sur les rivières dé-terminant les flux bruts de la façadeatlantique aquitaine montrent que laméthode de récupération des MESpar pompage-centrifugation est la mé-thode la mieux adaptée à la détermi-nation des concentrations en élémentsen trace transportés par les particulesfluviales.

Nos résultats indiquent que les si-gnatures métalliques des MES à l’exu-toire des rivières du bassin Adour-Garonne dérivent principalement dela présence de nombreux gisementsmétallifères dans les parties monta-gneuses du bassin. Toutefois, l’aug-mentation en crue des concentrationsen Cd, Zn, et Cu particulaires dela Garonne à La Réole est détermi-née par l’érosion du site pollué deDecazeville et par la remobilisationpartielle des sédiments de barrage du

Lot. Au cours de la décade 1990-1999, notre suivi des flux de Cd à LaRéole permet d’estimer que 70 à 80 %(7-8 t.an−1) du Cd transporté par laGaronne résultent d’apports anthropo-géniques dont la majorité (5-6 t.an−1)dérivent du Bassin de Decazeville viale Riou-Mort dont le débit est d’envi-ron 1 % celui du Lot. Les apports deCd en Gironde se font principalementsous forme particulaire et sont es-sentiellement contrôlés par les chan-gements de régime hydrologique. Lacomparaison des flux bruts obtenusavec quelques données de flux netssuggère fortement que l’estuaire ma-crotidal de la Gironde régule les ap-ports de Cd dissous à l’océan et quela quasi totalité du Cd apporté pluri-annnuellement par les rivières seratransférée à l’océan sous forme dis-soute. Grâce au suivi depuis 1990, desconcentrations en MES, Cd dissouset particulaires, nous pouvons aujour-d’hui proposer un modèle empirique(Audry et al., 2004a) permettant de re-produire correctement les flux annuelsde Cd dissous et particulaire sur laseule base des données de débits jour-naliers. Pour l’année 2000, la sous-estimation des flux particulaire de Cdprévu par notre modèle indique que lesapports de Cd dans le Lot ont été for-tement perturbés par une source an-thropique supplémentaire. Le bilan demasse du Cd en 2000, incluant lesapports du Riou-Mort (6 tonnes) etle bassin versant du Lot (2 tonnes)montrent que cette source doit êtrede l’ordre de 5 tonnes pour expli-quer les 13 tonnes qui sont passées àTemple cette année. Notre suivi jour-nalier des concentrations de MES àTemple indique que les travaux deconstruction de l’écluse de Villeneuve

Le cadmium dans le Lot et la Garonne : sources et transport 39

sur Lot sont responsables d’une remo-bilisalition anthropique importante desédiment du Lot riche en Cd.

REMERCIEMENTS

La présente étude s’intègre dans lecadre des programmes du GIS ECOBAG,soutenus par l’Agence de l’Eau Adour-Garonne, la région Aquitaine, le CNRSINSUE, le Ministère de la Jeunesse, del’Éducation Nationale et de la Recherche etle FEDER Aquitain.

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